內(nèi)蒙古大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)植被歸一化指數(shù)時(shí)空變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系

胡爾查,王曉江,鐵 牛,洪光宇,蘇 和,張艷楠

1 內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院,呼和浩特 010010 2 內(nèi)蒙古大青山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀(guān)測(cè)研究站,呼和浩特 010010 3 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),呼和浩特 010010 4 內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)和草原監(jiān)測(cè)規(guī)劃院,呼和浩特 010010

植被作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,在全球氣候變化加劇,陸地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生顯著變化的大背景下[1—3],對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)十分敏感[4—6],常被作為表征生態(tài)環(huán)境變化的綜合指示器,很大程度上代表著區(qū)域環(huán)境的總體狀況[7—9]。植被時(shí)空變化受地形地貌、氣候、人類(lèi)活動(dòng)等多重因素的影響[10—13],植被變化及其驅(qū)動(dòng)因素之間的響應(yīng)機(jī)制是研究全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系中的重要內(nèi)容, 成為諸多學(xué)者所關(guān)注的熱點(diǎn)研究問(wèn)題[14—17]。

歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)能較好地反映區(qū)域植被覆蓋與植被生長(zhǎng)狀況,且在時(shí)效、尺度方面都具有明顯優(yōu)勢(shì),通常被用來(lái)進(jìn)行區(qū)域尺度的植被評(píng)價(jià)和植被變化研究,并在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用[18—22]。MODIS NDVI空間分辨率較高,同時(shí)具備高時(shí)間分辨率,適用于較大尺度上研究植被的動(dòng)態(tài)變化。近年來(lái),借助遙感NDVI來(lái)研究較長(zhǎng)時(shí)間序列的區(qū)域植被覆蓋變化的成果較為豐富,主要集中于植被覆蓋的整體時(shí)空變化特征、植被對(duì)地形地貌[13,23]、氣候變化[6,24]、人類(lèi)活動(dòng)[20,25]的響應(yīng)等方面的內(nèi)容,研究方法也不斷改進(jìn),常用的方法有趨勢(shì)分析法、Sen+Manna-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)方法、Hurst指數(shù)法、線(xiàn)性相關(guān)分析、殘差分析法、TSS-RESTREND(Time Series Segmentation and Residual Trend)算法等。利用NDVI時(shí)序數(shù)據(jù)研究植被覆蓋變化,對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,可以為全球變化提供重要的理論依據(jù)[26—28]。

自然保護(hù)區(qū)以其特殊的功能和代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和科技文化事業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。內(nèi)蒙古大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)處于半干旱典型草原區(qū),是陰山山地生態(tài)系統(tǒng)最完整、生物多樣性最集中的區(qū)域,在維護(hù)和保持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性,涵養(yǎng)水源、保持水土,屏護(hù)山前河套平原乃至華北平原具有重要的意義。由于自然保護(hù)區(qū)的植被變化反映了保護(hù)區(qū)的總體保護(hù)效果,決定了自然保護(hù)區(qū)保護(hù)功能的發(fā)揮程度,自然保護(hù)區(qū)植被變化及其驅(qū)動(dòng)因素研究已成為保護(hù)區(qū)研究的重點(diǎn)內(nèi)容[29]。通過(guò)對(duì)保護(hù)區(qū)生長(zhǎng)季NDVI時(shí)空動(dòng)態(tài)變化及其主要影響因素的研究,不僅可以直觀(guān)反映保護(hù)區(qū)環(huán)境變化趨勢(shì),也為進(jìn)一步采取相關(guān)措施提供重要依據(jù)。2000年內(nèi)蒙古大青山自然保護(hù)區(qū)管理局成立,2008年1月晉升為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū),但迄今為止,鮮有學(xué)者對(duì)大青山自然保護(hù)區(qū)成立以來(lái)的植被變化及其影響因素進(jìn)行系統(tǒng)研究。大青山植被垂直帶普明顯,地形復(fù)雜多樣,因此,本研究從海拔、坡度、坡向等地形因素角度對(duì)大青山自然保護(hù)區(qū)建立以來(lái)保護(hù)區(qū)生長(zhǎng)季NDVI時(shí)空變化規(guī)律進(jìn)行研究,并探討了NDVI與氣溫和降水量的相關(guān)關(guān)系,以期在氣候變化大背景下為如何更好地開(kāi)展保護(hù)區(qū)植被保育、保護(hù)區(qū)管理等方面提供科學(xué)依據(jù)和信息參考。

1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于陰山山脈中段,西起包頭市昆都侖河,北與包頭市固陽(yáng)縣、呼和浩特市武川縣相接,東至烏蘭察布市卓資縣頭道北山山脊,南連土默川平原,地理坐標(biāo)為109°47′—112°17′E, 40°34′—41°14′N(xiāo)。保護(hù)區(qū)東西長(zhǎng)度217km,南北平均寬度18km,保護(hù)區(qū)總面積為38.89萬(wàn)hm2,主要保護(hù)對(duì)象為邊緣物種群落為代表的山地森林和瀕危珍稀物種等(圖1)。大青山山地為塊狀斷裂的中等高度山地,山體呈東西走向,山地南北的地貌形態(tài)非常不對(duì)稱(chēng),北部比較平緩,與蒙古高原之間沒(méi)有明顯的分界線(xiàn),南坡則以巨大的正斷面與黃河平原即土默川平原截然分開(kāi)。保護(hù)區(qū)處于半干旱的典型草原地帶,屬典型的大陸性半干旱季風(fēng)氣候,年降水量約360mm左右,年均溫約5.9℃左右。保護(hù)區(qū)植被具有明顯的垂直分布特征,自下而上由三個(gè)垂直帶組成: 山麓草原帶、山地森林灌叢帶、山地草甸帶[30]。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

NDVI數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)航空航天局LAADS(http://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/search/)的MOD13Q1植被指數(shù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品,空間和時(shí)間分辨率分別為250m和16d,時(shí)間范圍為2000—2020年。利用MRT、ArcGIS等軟件進(jìn)行格式和投影轉(zhuǎn)換、剪裁、重采樣等處理,獲取研究區(qū)NDVI數(shù)據(jù)集,采用最大值合成法(Maximum Value Composite,MVC)合成月NDVI數(shù)據(jù),消除云層、大氣和太陽(yáng)高度角的干擾,最后利用均值法獲取逐年平均的NDVI數(shù)據(jù),消除極端年份氣候異常對(duì)植被生長(zhǎng)產(chǎn)生的影響[31]。根據(jù)研究區(qū)氣候和植被生長(zhǎng)特征,本文選取每年生長(zhǎng)季內(nèi)4—10月份的NDVI數(shù)據(jù)來(lái)合成年均NDVI數(shù)據(jù),來(lái)表征該年植被覆蓋狀況。

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于研究區(qū)周邊26個(gè)氣象站點(diǎn)的月降水量和月平均溫度數(shù)據(jù),采用反距離權(quán)重內(nèi)插法(Inverse Distance Weighted,IDW),對(duì)年降水量和年均溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行插值并生成與NDVI像元大小一致的2000—2020年時(shí)間序列的氣象柵格數(shù)據(jù),本研究采用年降水量和年均溫度作為影響植被生長(zhǎng)狀況的氣候因子,分析降水量和氣溫對(duì)植被變化的影響。

研究區(qū)數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/DOI)的SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)數(shù)據(jù),空間分辨率為90m,利用ArcGIS軟件進(jìn)行裁剪、投影變換、重采樣等處理,重采樣后DEM數(shù)據(jù)空間分辨率為250m×250m,與NDVI空間分辨率一致。運(yùn)用ArcGIS表面分析功能,提取大青山自然保護(hù)區(qū)海拔、坡度和坡向數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1趨勢(shì)分析

采用一元線(xiàn)性回歸方法擬合每個(gè)像元NDVI隨時(shí)間的變化趨勢(shì),計(jì)算公式如下:

(1)

式中,θslope為各像元NDVI變化趨勢(shì)斜率；i為年序號(hào)；n為監(jiān)測(cè)時(shí)段累計(jì)年數(shù),即21年；NDVIi為第i年的NDVI值。趨勢(shì)的顯著性進(jìn)行雙尾t檢驗(yàn),根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果將變化趨勢(shì)分為5個(gè)等級(jí)：極顯著增加(P<0.01,θslope>0),極顯著減少(P<0.01,θslope<0),顯著增加(0.010),顯著減少(0.010.05)。

2.2.2變異系數(shù)

變異系數(shù)的大小反映數(shù)據(jù)系列的波動(dòng)程度,通過(guò)計(jì)算基于像元的NDVI變異系數(shù)來(lái)描述植被覆蓋度的穩(wěn)定性,其計(jì)算公式如下：

(2)

2.2.3相關(guān)分析

本文基于像元尺度,分析NDVI與降水量和平均氣溫的相關(guān)性,采用Pearson相關(guān)系數(shù)表示兩因子之間的相關(guān)性。相關(guān)系數(shù)r的計(jì)算公式為：

(3)

3 結(jié)果與分析

3.1 NDVI隨時(shí)間變化特征

2000—2020年,內(nèi)蒙古大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生長(zhǎng)季NDVI均值整體上表現(xiàn)出波動(dòng)上升趨勢(shì),增長(zhǎng)速率為0.058/10a,生長(zhǎng)季 NDVI均值最大值出現(xiàn)在 2019年、2020 年,為 0.63,最小值出現(xiàn)在2001年,為0.39。2004年、2008年、2013年和2016分別出現(xiàn)了峰值,與當(dāng)年降水量數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn),這幾年保護(hù)區(qū)年均降水量均達(dá)到了400mm以上,表明NDVI受降水量影響較明顯。2017年后,NDVI呈相對(duì)穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)(圖2)。

圖2 大青山自然保護(hù)區(qū)NDVI變化趨勢(shì)

3.2 NDVI空間分布特征

利用 2000—2020 年21a的年均 NDVI 數(shù)據(jù),計(jì)算得到大青山自然保護(hù)區(qū)平均 NDVI 空間分布圖(圖3),可以看出,大青山自然保護(hù)區(qū) NDVI 整體較高,NDVI值小于0.30的面積占總面積的0.50%,NDVI值0.40—0.50的面積占比最高,占總面積的23.56%(表1)。

圖3 大青山自然保護(hù)區(qū)NDVI空間分布

表1 NDVI分布面積比例

空間分布呈現(xiàn)出西部低、東部高的從西到東逐漸增加的特征。從行政區(qū)域看,包頭市昆都侖區(qū)、青山區(qū)、石拐區(qū)、固陽(yáng)縣、土默特右旗北部,呼和浩特市武川縣、土默特左旗中部和南部,烏蘭察布市卓資縣南部等區(qū)域NDVI值較低。包頭市土默特右旗東北部,呼和浩特市土默特左旗北部、回民區(qū)、新城區(qū),烏蘭察布市卓資縣西部和西北部區(qū)域NDVI值較高。

3.2.1各功能區(qū)NDVI空間分布

大青山自然保護(hù)區(qū)劃分為6個(gè)核心區(qū)、6個(gè)緩沖區(qū)和1個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)(圖1),空間上,各功能區(qū)NDVI由西向東逐漸增加。核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)平均NDVI值分別為0.59、0.57和0.54,核心區(qū)、緩沖區(qū)位于大青山中高海拔區(qū)域,也是植被長(zhǎng)勢(shì)較好的區(qū)域,NDVI值也相對(duì)較高(圖4)。

圖4 大青山自然保護(hù)區(qū)各功能區(qū)平均NDVI

3.2.2不同地形NDVI空間分布

大青山自然保護(hù)區(qū)生長(zhǎng)季NDVI受地形因素影響較明顯(圖5),保護(hù)區(qū)生長(zhǎng)季NDVI均值隨著海拔的升高而明顯增加,這與大青山地形起伏和山地植被垂直帶譜密切相關(guān)。大青山處于半干旱典型草原帶,山地植被自下而上由三個(gè)垂直帶組成,即山麓典型草原帶、山地森林灌叢帶和山地草甸帶,NDVI值較高的山地灌叢、喬木林和草甸主要分布在1400m以上的相對(duì)較高海拔區(qū)域,山麓典型草原NDVI值相對(duì)較低,分布在相對(duì)低海拔區(qū)域。

圖5 大青山自然保護(hù)區(qū)不同海拔、坡度和坡向生長(zhǎng)季NDVI均值的變化

隨著坡度的增加,保護(hù)區(qū)生長(zhǎng)季NDVI均值由0.49增加到0.63,喬木林、山地灌叢主要分布在坡度較大的中高海拔區(qū)域,NDVI值較高；坡度平緩的南北麓和山脊以地帶性草原植被為主,NDVI值也相對(duì)較低。

不同坡向上,生長(zhǎng)季NDVI均值大小依次為陰坡>半陰坡>半陽(yáng)坡>陽(yáng)坡,陰坡、半陰坡立地條件相對(duì)好,土壤水分和養(yǎng)分條件較好,發(fā)育有較大面積的白樺(Betulaplatyphylla)、蒙古櫟(Quercusmongolica)、落葉松(Larixgmelinii)等喬木林及虎榛子(Ostryopsisdavidiana)灌叢,植被覆蓋度較高,NDVI值也相對(duì)較高。

3.3 NDVI變化趨勢(shì)分析

利用線(xiàn)性趨勢(shì)分析法對(duì) 2000—2020年各年平均 NDVI 值與其相對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列進(jìn)行逐像元回歸分析,得到該時(shí)間段內(nèi)植被覆蓋變化趨勢(shì)(圖6),結(jié)果表明,21年間大青山自然保護(hù)區(qū)植被覆蓋改善的區(qū)域面積占總面積的61.75%,其中,顯著改善、極顯著改善面積占總面積的41.13%、20.62%；基本保持不變的面積占總面積的38.17%；退化區(qū)域面積只占0.07%。保護(hù)區(qū)植被覆蓋整體呈明顯的增加趨勢(shì),增長(zhǎng)率為0.058/10a。在空間分布上,植被覆蓋顯著及極顯著增加的區(qū)域主要分布在保護(hù)區(qū)西部和東部,中部以變化不顯著為主。

圖6 2000—2020年大青山自然保護(hù)區(qū)植被覆蓋度變化趨勢(shì)

3.3.1各功能區(qū)NDVI變化趨勢(shì)

從各功能區(qū)NDVI均值變化趨勢(shì)看(表2),NDVI值極顯著增加、顯著增加、變化不顯著面積百分比從大到小的順序?yàn)閷?shí)驗(yàn)區(qū)>核心區(qū)>緩沖區(qū)。實(shí)驗(yàn)區(qū)相對(duì)于較容易受到干擾或植被覆蓋變化較大的區(qū)域,長(zhǎng)期以來(lái),因在大青山南北麓低海拔地區(qū)放牧等人為干擾頻繁,水土流失和植被退化較嚴(yán)重,但隨著保護(hù)區(qū)的建立和國(guó)家林業(yè)重點(diǎn)工程項(xiàng)目的實(shí)施,保護(hù)區(qū)的實(shí)驗(yàn)區(qū)植被覆蓋度變化明顯高于核心區(qū)和緩沖區(qū)。核心區(qū)植被覆蓋顯著增加,表明建立保護(hù)區(qū)以來(lái),大青山典型植被類(lèi)型得到有效保護(hù)和恢復(fù)。

表2 各功能區(qū)NDVI變化趨勢(shì)

3.3.2地形因素對(duì)NDVI變化的影響

海拔是影響山地植被分布的主要因素之一,大青山自然保護(hù)區(qū)生長(zhǎng)季 NDVI變化面積隨海拔升高表現(xiàn)出單峰曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)(圖7),NDVI顯著增加和極顯著增加面積比例在海拔1600—1800m處最高(圖8),NDVI變化不顯著面積在海拔1400—1600m處最高。海拔低于1400m時(shí),NDVI變化不顯著面積比例最高。

圖7 2000—2020年不同海拔、坡向、坡度NDVI變化面積占比

圖8 2000—2020年不同海拔、坡向和坡度NDVI變化趨勢(shì)

大青山自然保護(hù)區(qū)各坡向面積比例從大到小順序?yàn)殛?yáng)坡>半陰坡>半陽(yáng)坡>陰坡。陰坡NDVI變化趨勢(shì)不顯著面積比例最大,主要分布在保護(hù)區(qū)中部偏北區(qū)域,由于陰坡植被以喬木林和高覆蓋草甸為主,NDVI變化較小；其他坡向上,NDVI變化趨勢(shì)面積比例大小順序?yàn)闃O顯著增加>不顯著>顯著增加,顯著增加和極顯著增加區(qū)域主要分布在保護(hù)區(qū)西部和東部,變化不顯著區(qū)域主要分布在保護(hù)區(qū)中部。

3.4 植被覆蓋穩(wěn)定性分析

從像元尺度計(jì)算分析了大青山自然保護(hù)區(qū)生長(zhǎng)季NDVI的變異系數(shù),模擬其穩(wěn)定性。2000—2020年,穩(wěn)定性整體表現(xiàn)為“不同波動(dòng)變化并存,較低、中等和較高波動(dòng)變化居多,低波動(dòng)和高波動(dòng)變化面積占比相對(duì)較小”的特點(diǎn)(表3)。空間格局表現(xiàn)為：低波動(dòng)變化區(qū)域和較低波動(dòng)變化區(qū)域主要分布在中部和東部高海拔區(qū)域的保護(hù)區(qū)核心區(qū)和緩沖區(qū)(圖9),對(duì)應(yīng)于高NDVI值區(qū)域的主要植被類(lèi)型為白樺林、虎榛子灌叢等天然林和高山草甸,植被覆蓋度較高,生長(zhǎng)穩(wěn)定,NDVI波動(dòng)較小,其中,較低波動(dòng)變化區(qū)環(huán)簇于低波動(dòng)變化區(qū)邊緣并向外延伸分布；中等波動(dòng)變化面積最大,占總面積的27.26%,分散分布在低波動(dòng)變化和高波動(dòng)變化區(qū)域之外的整個(gè)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)；較高波動(dòng)變化分布區(qū)與中等波動(dòng)變化分布類(lèi)似,與中等波動(dòng)變化相間分布；高波動(dòng)變化區(qū)域主要分布在保護(hù)區(qū)西部、中部和實(shí)驗(yàn)區(qū),對(duì)應(yīng)于NDVI值較低的區(qū)域,植被以山麓典型草原和低覆蓋度灌叢,如柄扁桃(Prunuspedunculata)灌叢等為主,處于保護(hù)區(qū)邊緣區(qū)域水土流失、植被退化較嚴(yán)重區(qū)域,對(duì)人為干擾和降水量的影響更敏感,NDVI波動(dòng)變化較強(qiáng)烈。

表3 大青山自然保護(hù)區(qū)NDVI變異系數(shù)(CV)統(tǒng)計(jì)

圖9 大青山自然保護(hù)區(qū)NDVI變異系數(shù)分布

3.5 氣象因子對(duì)NDVI的影響

干旱、半干旱地區(qū),降水量是影響植被生長(zhǎng)狀況的最主要的氣象因子。從2000—2020年時(shí)間序列逐像元的保護(hù)區(qū)年降水量、年均溫度與NDVI的相關(guān)性分析可以看出,年降水量與NDVI的變化主要表現(xiàn)為正相關(guān),正相關(guān)面積比例達(dá)到99.79%,其中P<0.05水平顯著正相關(guān)面積比例占59.25%、P<0.10水平顯著正相關(guān)面積比例占19.10%、不顯著正相關(guān)面積比例占21.44%；不顯著負(fù)相關(guān)面積占總面積的0.21%。年均溫度與NDVI相關(guān)性以不顯著為主,不顯著面積占總面積的97.91%,溫度對(duì)大青山自然保護(hù)區(qū)植被覆蓋無(wú)顯著影響。大青山自然保護(hù)區(qū)處于半干旱的典型草原地帶,保護(hù)區(qū)山地植被以天然植被為主,降水量是影響總體植被覆蓋狀況和變化的最主要因素(圖10)。

圖10 大青山自然保護(hù)區(qū)降水量、溫度空間分布及其與NDVI的相關(guān)性檢驗(yàn)

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

通過(guò)區(qū)域與像元尺度的NDVI時(shí)空變化分析,發(fā)現(xiàn)自2000年內(nèi)蒙古大青山自然保護(hù)區(qū)管理局成立以來(lái),大青山植被總體覆蓋狀況良好且呈上升趨勢(shì),植被恢復(fù)效果顯著,這與保護(hù)區(qū)大力實(shí)施國(guó)家林業(yè)重點(diǎn)工程和保護(hù)區(qū)建設(shè)有關(guān)。NDVI變化受氣候、地形地貌、人為干擾和歷史等多種因素共同影響,大青山地處半干旱典型草原區(qū),自然生態(tài)環(huán)境較脆弱,植被覆蓋更容易受到降水量波動(dòng)和人為干擾的影響,尤其是人為因素突出了變化趨勢(shì)的不確定性[32]。本研究的起始時(shí)間與保護(hù)區(qū)建立時(shí)間一致,因此,研究時(shí)間段內(nèi)人為影響可視為正向干擾,故主要分析了氣象因子和地形因子對(duì)NDVI時(shí)空變化的影響,人為因素對(duì)大青山自然保護(hù)區(qū)植被變化時(shí)空動(dòng)態(tài)過(guò)程中相對(duì)貢獻(xiàn)的量化評(píng)定還有待于進(jìn)一步研究。

植被覆蓋狀況與氣候因子有著密不可分的聯(lián)系,大青山自然保護(hù)區(qū)生長(zhǎng)季NDVI受降水量空間分布影響明顯,從西到東,隨著降水量的增加,NDVI也逐漸增加。在研究時(shí)間段內(nèi),NDVI與降水量呈顯著正相關(guān),而與溫度之間不存在顯著相關(guān)關(guān)系,降水量是大青山植被空間分布和變化的主要影響因素,這與干旱、半干旱區(qū)相關(guān)研究結(jié)果一致[33—35]。而從相關(guān)性空間分布看(圖10),保護(hù)區(qū)范圍內(nèi),降水量越高,相關(guān)性越不顯著,相反,降水量相對(duì)低的區(qū)域,NDVI與降水量相關(guān)性越顯著。這是由于保護(hù)區(qū)降水量低的區(qū)域,植被以稀疏的灌叢或草本群落為主,植被生長(zhǎng)受有效降水量的影響更明顯,而降水量較高的區(qū)域,植被以覆蓋度較高的天然喬木林和灌木林為主,如白樺林和虎榛子灌叢等,受降水波動(dòng)的影響較小所導(dǎo)致。隨著植被覆蓋變化及其對(duì)氣候響應(yīng)的深入研究,不同區(qū)域進(jìn)行研究得到的結(jié)論也有所差異[12,29,36]。相對(duì)而言,在干旱和半干旱地區(qū)的植被覆蓋對(duì)降水變化更為敏感,但在濕潤(rùn)區(qū),降水量高反而影響植物的生長(zhǎng)[29],氣溫對(duì)植被覆蓋的影響突顯出來(lái),植被覆蓋與氣候因子之間的響應(yīng)作用是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,受研究尺度(空間和時(shí)間尺度)、地形、區(qū)位等多種因素的影響。下一步應(yīng)綜合分析植被恢復(fù)對(duì)氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的響應(yīng),量化其相對(duì)貢獻(xiàn)值,揭示多個(gè)因素相互作用機(jī)制,以此為保護(hù)區(qū)生態(tài)恢復(fù)和管理提供理論依據(jù)。

4.2 結(jié)論

本文選取2000—2020年MODIS NDVI數(shù)據(jù)及同期的氣象數(shù)據(jù),采用趨勢(shì)分析、變異系數(shù)、相關(guān)分析等方法,結(jié)合DEM數(shù)據(jù),從海拔、坡度和坡向的角度探討了內(nèi)蒙古大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生長(zhǎng)季NDVI的時(shí)空變化特征及其與氣候因子的關(guān)系,得出以下結(jié)論:

(1)2000—2020年,內(nèi)蒙古大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)植被總體覆蓋狀況良好且呈上升趨勢(shì),NDVI增長(zhǎng)速率為0.058/10a。

(2)從NDVI空間分布上看,保護(hù)區(qū) NDVI空間分布呈現(xiàn)出西部低、東部高、中部偏南和偏北區(qū)域較低的分布特征；各功能區(qū)NDVI平均值大小順序?yàn)楹诵膮^(qū)>緩沖區(qū)>實(shí)驗(yàn)區(qū)。

(3)從NDVI變化趨勢(shì)分析看,2000—2020 年大青山自然保護(hù)區(qū)植被覆蓋改善的區(qū)域面積占總面積的61.75%,其中,顯著改善、極顯著改善面積分別占總面積的41.13%、20.62%；基本保持不變的面積占總面積的38.17%；退化面積占總面積的0.07%；在空間分布上,植被覆蓋顯著、極顯著增加的區(qū)域主要分布在保護(hù)區(qū)西部和東部,中部以變化不顯著為主。保護(hù)區(qū)各功能區(qū)NDVI均值變化趨勢(shì)看,NDVI極顯著增加、顯著增加面積百分比大小順序?yàn)閷?shí)驗(yàn)區(qū)>核心區(qū)>緩沖區(qū)。

(4)植被覆蓋度穩(wěn)定性分析看,2000—2020年,穩(wěn)定性整體表現(xiàn)為“不同波動(dòng)變化并存,較低、中等和較高波動(dòng)變化居多,低波動(dòng)和高波動(dòng)變化面積占比相對(duì)較小”的特點(diǎn),植被以持續(xù)恢復(fù)為主。

(5)從保護(hù)區(qū)生長(zhǎng)季NDVI與年降水量和年均氣溫逐像元的相關(guān)性分析看,2000—2020年降水量與NDVI的變化主要表現(xiàn)為正相關(guān),正相關(guān)面積比例達(dá)到99.79%；溫度與NDVI相關(guān)性以不顯著為主,不顯著面積占總面積的97.91%,溫度對(duì)大青山自然保護(hù)區(qū)植被覆蓋變化的影響較小。